Piattaforma microfluidica pneumatica per la concentrazione di microparticelle

Questo protocollo descrive il nostro metodo per fabbricare e operare su una piattaforma microfluidica pneumatica per concentrazioni multi-particella che supera carenze come l'intasamento delle particelle e strutture complesse. Questo metodo consente di elaborare un numero illimitato di particelle, concentrarsi su un gran numero di piccole particelle e prevenire danni cellulari indesiderati e aumenta l'efficienza dell'entropia. A causa dell'importanza dell'analisi biologica, le tecnologie dei sistemi microelettro-meccanici microfluidici e biomedici vengono utilizzate per sviluppare e studiare dispositivi per la purificazione e la raccolta di micromateriali.

Per iniziare, utilizzare uno stampo SU8 del canale pneumatico della valvola pre-preparato per replicare lo strato PDMS per il controllo pneumatico della valvola. Versare 10 millilitri di PDMS liquido e un millilitro di agente polimerizzante in uno stampo a canale della valvola pneumatica preparato e attivare il calore a 90 gradi Celsius per 30 minuti. Dopo che le strutture PDMS sono state curate, separare lo stampo SU8.

Punzonare tre porte pneumatiche da 1,5 millimetri nel canale della valvola pneumatica utilizzando una foratura di 1,5 millimetri. Versare 10 millilitri di PDMS liquido e un millilitro di agente polimerizzante in uno stampo SU8 pulito. Spin coat per 15 secondi a 1500 giri al minuto usando uno spin coater, quindi attivare il calore a 90 gradi Celsius per 30 minuti.

Separare lo stampo SU8 dopo che le strutture PDMS sono state polimerizzate. Trattare la struttura PDMS con plasma atmosferico per 20 secondi. Utilizzando un microscopio, allineare le strutture PDMS trattate al plasma in base alla struttura del canale.

Legare le strutture PDMS allineate riscaldandole a 90 gradi Celsius per 30 minuti. Utilizzando una foratura di 1,5 millimetri, praticare un foro di 1,5 millimetri di diametro nell'ingresso del canale del fluido e nelle uscite all'interno della parte del canale pneumatico legata allo strato sottile del diaframma. Replicare entrambi i lati dello strato PDMS utilizzando due stampi SU8 per creare un canale microfluidico.

Utilizzare uno stampo a canale microfluidico curvo e rettangolare sulla parte anteriore e uno stampo per canale di interconnessione microfluidico sul retro. Versare 10 millilitri di PDMS liquido e un millilitro di agente polimerizzante nello stampo a canale microfluidico curvo e rettangolare e ruotarlo a 1200 giri al minuto per 15 secondi, quindi creare stampi per la camera del fluido curva e i canali del fluido mediante attivazione del calore a 90 gradi Celsius per 30 minuti. Separare lo strato PDMS su cui si forma il canale microfluidico.

Quindi trattarlo con plasma atmosferico per 20 secondi per creare uno stampo attivato dal calore che copre la parete di sfiato sigillata legandosi al wafer di vetro. Versare tre millilitri di PDMS liquido nel canale di interconnessione dello stampo SU8. Disporre la struttura, fabbricata con lo stampo del canale di interconnessione, in PDMS liquido sullo stampo del canale di interconnessione microfluidica.

Quindi asciugare la struttura sovrapposta a 130 gradi Celsius per 30 minuti. Dopo la polimerizzazione, rimuovere lo stampo SU8 anteriore dallo strato di rete del canale microfluidico e staccare con cura lo stampo PDMS posteriore. Versare 10 millilitri di PDMS liquido e un millilitro di agente polimerizzante in uno stampo SU8 pulito e attivarlo termicamente a 90 gradi Celsius per 30 minuti.

Separare lo stampo SU8 dopo che le strutture PDMS sono state polimerizzate. Trattare gli stampi del canale di interconnessione microfluidica PDMS con plasma atmosferico per 20 secondi. Utilizzando un microscopio, allineare le strutture PDMS trattate al plasma in base alla struttura del canale.

Legare le strutture PDMS allineate riscaldando a 90 gradi Celsius per 30 minuti. Allineare le strutture PDMS preparate durante questo processo in base alla struttura del canale e legarle trattandole con plasma atmosferico per 20 secondi. Utilizzando una siringa da 10 millilitri, riempire il canale microfluidico con acqua demineralizzata priva di bolle.

Per controllare la pressione del fluido di lavoro e le tre valvole pneumatiche che controllano il flusso della microsfere, inserire un regolatore di pressione di precisione con quattro o più canali di uscita per il fluido di lavoro nella piattaforma microfluidica. Preparare particelle di prova di polistirene carbossilico di varie dimensioni in acqua distillata. Per controllare la portata del fluido di lavoro, riempire metà di una bottiglia di vetro con l'acqua e collegare il tappo della bottiglia di vetro al canale di uscita del controller e alla microvalvola.

Utilizzando un microscopio invertito, osservare tutte le operazioni della piattaforma e misurare la portata operativa nel tempo all'uscita con un misuratore di portata liquido. Iniettare la particella o la miscela di fluidi sotto pressione all'ingresso con la valvola delle particelle. Applicare pressione alla valvola CIV a 15 kilopascal e alla valvola antiparticolato a 18 kilopascal per azionare la valvola.

Quando le particelle sono concentrate, applicare pressione solo alla valvola del fluido. La portata dei fluidi è stata suddivisa in un funzionamento a quattro stadi della piattaforma. La prima fase era lo stato di caricamento.

Il fluido di lavoro e le particelle erano quasi identici poiché la rete di canali microfluidici mostrava simmetria strutturale. Il secondo stadio era lo stato di blocco. Il percorso del flusso si è ristretto e la portata misurata alla porta di uscita è stata ridotta dalla resistenza idraulica.

Il terzo stadio era lo stato di concentrazione. Il QP misurato era vicino allo zero e il QF era circa 1,42 volte quello dello stato di blocco. La fase finale era lo stato di rilascio.

Le portate e le velocità di concentrazione risultanti hanno dimostrato che l'attuazione sequenziale programmata con la valvola pneumatica funziona bene a causa dei cambiamenti di flusso. Le particelle sono state concentrate e accumulate nell'area di raccolta quando la valvola CIV e la valvola delle particelle sono state chiuse e tutte le particelle concentrate raccolte sono state rilasciate entro quattro secondi quando solo la valvola del fluido è stata chiusa. Una parte essenziale di questa procedura è la polimerizzazione della struttura posteriore in cui lo strato PDMS viene impiantato dalla maggiore pressione dello strato d'aria.

E lo strato di film deformato viene improvvisamente attivato. Questa piattaforma può essere utilizzata per l'auto-pretrattamento di bioparticelle molto concentrate e dritte e sospese, in quanto l'operazione non è influenzata dalle proprietà delle particelle fisiche.